水庫調(diào)洪演算成果在除險(xiǎn)加固中的運(yùn)用分析

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(陜西省寶雞市地下水管理監(jiān)測中心，陜西 寶雞 721001)

1 流域概況

清水河是寶雞市渭河南山支流，流域面積162.6 km2，干流長28.4 km，河道平均比降65.7‰，上游流域植被良好，降雨充沛，水土流失不大。清水河較大支流有三條，左岸有大清河、西岔河，右岸有東岔河。清水河流域內(nèi)有雞峰山水庫(西岔河)、金家河水庫和溫泉一庫、溫泉二庫、溫泉三庫等五座水庫，總庫容401.7萬 m3。溫泉一庫地處龍鳳山風(fēng)景區(qū)，水庫大壩下游右岸約20 m處的溫泉，溫水溝溝長5.5 km，流域面積4.6 km2，自上而下梯級布置了溫泉一庫、溫泉二庫和溫泉三庫，溫泉一庫為漿砌石拱壩，二庫、三庫為均質(zhì)土壩。溫水溝三座水庫及范家溝水庫與雞峰山水庫一起組成了以雞峰山水庫為主體的渠庫相連、蓄引提結(jié)合、長藤結(jié)瓜式的“雞峰山灌區(qū)”，原設(shè)計(jì)灌區(qū)面積3.41萬畝，有效灌溉面積3.02萬畝，現(xiàn)隨著城市向南擴(kuò)展，灌區(qū)相應(yīng)縮小。

2 水工建筑物運(yùn)行現(xiàn)狀

溫泉一庫為一座漿砌石拱壩，壩頂為雞峰山灌區(qū)龍鳳山倒虹管道。水庫樞紐由漿砌石拱壩、城門洞式溢流堰、壩后泄洪渠道、放水洞四部分組成。水庫于1973年9月建成蓄水，是一座以防洪為主，兼有農(nóng)業(yè)灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖的小(2)型水庫。根據(jù)寶雞市小(二)型水利工程“三查三定”結(jié)論，溫泉一庫總庫容20.2萬 m3，有效庫容16.1萬 m3，死庫容4.1萬 m3。水庫壩址以上控制流域面積2.6 km2，主河道長2.8 km，平均比降15.6‰。水庫壩頂高程731.7 m，雙孔城門洞式溢流堰底高程727.9 m，洞頂高程730.4 m。放水設(shè)施為φ600 mm的預(yù)埋鋼管，進(jìn)水口底高程為717.5 m。

2.1 大壩

水庫大壩為漿砌石拱壩，壩頂高程731.7 m，壩基高程701.3 m，壩高30.4 m，壩頂寬1.3 m，底寬4 m，壩長50 m。大壩兩壩肩巖體破碎，原兩壩肩砼噴護(hù)多裂縫、脫落，繞壩滲漏較為嚴(yán)重，急需防滲處理。

2.2 溢流堰

大壩溢洪為壩頂中部雙孔城門洞式溢流堰，溢流堰位于壩體中部，單孔堰寬為2.3 m，堰頂高程為727.9 m，洞頂高程為730.4 m，最大下泄流量為24.78 m3/s；溢流堰完好。

2.3 泄洪渠道

泄洪渠道沿壩后右岸山體坡腳處開挖而成，為開敞式泄洪渠，采用梯形斷面，渠道右岸為斜墻，左岸為直墻，底寬約1.8～2.3 m，頂寬2.2～3.2 m，渠深2.2～2.5 m；渠道進(jìn)口處地面高程694.28 m，渠道出口處地面高程688.57 m，渠道長度314.2 m；泄洪渠道由于年久失修，渠道淤堵嚴(yán)重，漿砌石體變形、破壞，不能正常泄洪。

2.4放水設(shè)施

水庫放水建筑物為左壩肩預(yù)埋的φ600 mm鋼管，放水管進(jìn)口底高程717.5 m，全長100 m，設(shè)計(jì)放水流量0.3 m3/s，最大放水流量為1.3 m3/s，現(xiàn)放水管完好，能正常工作，但放水閘年久、銹蝕，不能正常工作，需要更換；放水管進(jìn)口處存在一定的泥沙淤積，需做清淤處理。

3 調(diào)洪演算分析

對水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固的工程規(guī)模和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，由調(diào)洪演算成果確定。工程原設(shè)計(jì)死庫容已淤滿，本次也不再預(yù)留死庫容。工程原設(shè)計(jì)正常蓄水位727.90 m，本次除險(xiǎn)加正常蓄水位仍采用727.90 m，灌溉面積為0.53萬畝。

3.1 調(diào)洪計(jì)算原則

(1)起調(diào)水位為正常蓄水位727.90 m。計(jì)算遵循以下原則：當(dāng)洪水進(jìn)入庫區(qū)，水位未超過正常水位時(shí)，水庫蓄水；當(dāng)水庫水位高于正常水位時(shí)，盡量泄洪。(2)防洪標(biāo)準(zhǔn)：擋水、泄水建筑物正常運(yùn)用洪水重現(xiàn)期為20 a一遇，非正常運(yùn)用洪水重現(xiàn)期為100 a一遇。(3)洪水控制高程：現(xiàn)壩頂高程為731.70 m，按實(shí)測的庫容曲線進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，確定校核洪水位控制高程。(4)泄洪方案：放水設(shè)施不做泄洪考慮，僅作為安全儲備。泄洪方案為溢流堰單獨(dú)泄洪。

3.2 水庫庫容曲線

采用本次實(shí)測庫容曲線，見表1和圖1。

表1 溫泉一庫水位高程～庫容關(guān)系表

圖1 水位～庫容曲線圖

3.3 溢洪堰下泄流量計(jì)算

溢流堰位于壩頂中部，為雙孔城門洞型斷面，尺寸：2.58×2.3×2.5 m(長×寬×高)，溢流堰底部高程為727.90 m。溢流堰現(xiàn)狀泄流量采用寬頂堰泄流公式計(jì)算，堰后出流流態(tài)為自由出流，寬頂堰堰流計(jì)算公式：

式中：σc為側(cè)收縮系數(shù)，取0.98；σs為淹沒系數(shù)，取1.0；m為流量系數(shù)，取0.365；n為閘孔數(shù)，取2；b為溢流堰凈寬，取2.3 m；H0為堰上水頭，m；q為下泄流量， m3/s。

經(jīng)計(jì)算，溫泉一庫溢洪道不同水位的泄流量，見表2，圖2。

表2 溫泉一庫溢洪道水位高程～下泄流量關(guān)系表

圖2 溢洪道下泄流量～水位高程關(guān)系曲線

3.4 調(diào)洪演算

水庫調(diào)洪計(jì)算采用試算方法，即按如下水量平衡方程和動力方程進(jìn)行聯(lián)解計(jì)算：

[Qi+Qi+1-(qi+qi+1)]/2=(Vi+1-Vi)/dt

q=f(h)=f(v)

式中：Qi為水庫壩址設(shè)計(jì)洪水流量；下標(biāo)i和i+1分別表示計(jì)算時(shí)段的初始時(shí)刻和末時(shí)刻；qi為水庫泄流量； Vi為水庫容積；dt為調(diào)洪計(jì)算時(shí)段。

按以上計(jì)算方法和調(diào)度原則，根據(jù)P=5%和P=1%兩種頻率洪水過程線、水位庫容面積關(guān)系及溢洪道規(guī)模，采用試算法進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，調(diào)洪過程見表3和表4。

表3 P=5%洪水調(diào)節(jié)計(jì)算表

3.5 驗(yàn)算成果分析

1)由計(jì)算成果可知：20 a一遇設(shè)計(jì)洪水位729.23 m，最大入庫流量為12.38 m3/s，溢流堰最大泄水流量為11.11 m3/s，滯洪庫容2.69萬 m3，總庫容為20.95萬 m3。100 a一遇設(shè)計(jì)洪水位729.60 m，最大入庫流量為19.59 m3/s，溢流堰最大泄水流量為16.19 m3/s，滯洪庫容3.54萬 m3，總庫容為21.80萬 m3。溫泉一庫水庫調(diào)洪計(jì)算成果匯總見表5。從表5可以看出，設(shè)計(jì)洪水位729.23 m，距離壩頂高程(731.70 m)2.47 m；校核洪水位729.60 m，距離壩頂高程(731.70 m)有2.10 m。

2)溫泉一庫水庫已運(yùn)行了39 a，原設(shè)計(jì)死庫容4.10萬 m3，死水位線715.49 m，現(xiàn)死庫容已淤滿。本次設(shè)計(jì)不另增死庫容，死水位線仍選為715.49 m。根據(jù)調(diào)洪演算和死庫容等數(shù)據(jù)，總結(jié)可得溫泉一庫特征水位及庫容見表6。

表4 P=1%洪水調(diào)節(jié)計(jì)算表

表5 溫泉一庫水庫調(diào)洪結(jié)果表

表6 溫泉一庫特征水位及庫容

4 結(jié)語

寶雞清水河流域的溫泉水庫屬小(2)型水庫，通過對該水庫水工建筑物運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行分析，采用水量平衡方程和動力方程對水庫進(jìn)行調(diào)洪演算分析，并借助溫泉水庫溢洪道水位高程～下泄流量關(guān)系表，可最終得出溫泉水庫特征水位及庫容，計(jì)算結(jié)果可為后期除險(xiǎn)加固提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。在除險(xiǎn)加固完成之后，水庫的安全運(yùn)行將得到了保證，將徹底改變水庫帶病運(yùn)行的狀況，有力地保證了水庫下游人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。